基于Xilinx Spantan 3E的瞬態(tài)響應測試儀系統(tǒng)

　　系統(tǒng)方案論證與選擇

　　整體方案規(guī)劃

　　根據(jù)設計要求，整體方案規(guī)劃為：EXCD-1可編程片上系統(tǒng)開發(fā)板、動態(tài)顯示模塊、D/A模塊、A/D模塊、調理電路、按鍵輸入模塊及二階系統(tǒng)網(wǎng)絡。為了實現(xiàn)各個模塊的功能，我們分別進行了方案設計與論證。

　　核心控制器

　　采用Xinlix公司的EXCD-1開發(fā)板，基于Xilinx Spartan 3E FPGA器件的應用并結合Xilinx的集成開發(fā)工具ISE和嵌入式開發(fā)工具EDK。

　　綜合考慮瞬態(tài)響應儀的基本要求和發(fā)揮部分的要求，我們采用EXCD-1可編程編程片上系統(tǒng)開發(fā)板進行系統(tǒng)設計制作，能在很大程度上提高了系統(tǒng)的運行速度及可靠性等性能指標。

　　直流階躍信號源模塊

　　方案一：直接產生法。將系統(tǒng)50MHz晶振時鐘頻率進行分頻，引到I/O口直接輸出再經過運算放大器和調理電路送到二階系統(tǒng)網(wǎng)絡。

　　方案二：用555集成芯片和L、C搭建成方波產生電路，再經過施密特觸發(fā)器整形，從而產生標準方波。

　　方案三：由EXCD-1開發(fā)板的MicroBlaze處理器生成。結構為嵌入塊式RAM加D/A模塊，采用EXCD-1可編程片上系統(tǒng)開發(fā)板內信號發(fā)生模塊。MicroBlaze通過PLB總線控制地址生成器生成階躍信號地址和階躍信號數(shù)據(jù)，將其傳送給雙端口RAM并存儲。再通過按鍵啟動控制，通過RAM上的地址序列讀取其中的信號數(shù)據(jù)送給D/A，經高速D/A芯片的數(shù)模轉換，輸出直流階躍信號。

　　動態(tài)顯示模塊

　　方案一：LED點陣顯示屏。以發(fā)光二極管為像素，采用動態(tài)掃描驅動方式進行工作，可顯示文字和圖形，多塊LED點陣顯示器組合即可顯示大量信息。但顯示不夠細膩，占空間。

　　方案二：使用L12864液晶實現(xiàn)動態(tài)顯示，LCD液晶微功耗，顯示信息量大且內容豐富，串行模式占用I/O口資源少，增加了系統(tǒng)的美觀性與直觀性，具有很好的人機交互界面。

　　比較上述方案，為了動態(tài)顯示大量信息和界面美觀。我們采用第二種方案，使用LCD液晶來實現(xiàn)友好的人機交互界面。

　　A/D轉換模塊

　　方案一 ：TLC2543是12位串行A/D芯片轉換，占用I/O口資源少，其轉換時間為10μs，但線性誤差大。

　　方案二：ADC0809為8路模擬信號分時采集的模數(shù)轉換器件，片內有8路模擬選通開關，以及相應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉換時間為100μs左右。但采樣精度較低。

　　方案三：ADS828是一個高速的CMOS A/D轉換器，此轉換器提供了性能優(yōu)良的單一輸入端和可用于提高操作具有差分輸入時的雜散性能。其具有高精度的10位量化，高帶寬采樣/保持，低失真和高信噪比。

　　綜合考慮題目的要求，為了提高測量二階系統(tǒng)性能指標的精度，使系統(tǒng)達到設計要求，選擇方案三。